Максимов М. В. - Защита от радиопомех (768830), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Снижение мешающего действия помех с помощью фазовых сиатем АСЧ основано не на уменьшении полосы УПЧ радиоприемников (как это имело место в случае применения частотных систем АСЧ), а на фильтрующем действии этой системы и обработке сигнала, близкой к когерентной. На фазовую систему АСЧ можно смотреть как на устройство, позволяющее осуществить (приближенно) операцию синхронного детектирования. Для выполнения этой операции в синхронном детекторе требуется опорный сигнал, совпадающий по фазе с входным сигналом.
Опорным сигналом может служить напряжение следящего генератора фазовой системы автоматического слежения за частотой (фазой). При синхронном детектировании АМ сигнала отсутству. ет подавление сигнала шумом практически при любом уровне шумов. Поясним это на примере. Пусть на ФД вместе с сигналом действует нормальный узкополосный шум п (/) (белый шум, прошедший через УПЧ приемника) пав (/) = Ус(/)соз сое(+ и (/).
(6.5.14) Представим шум в виде суммы двух случайных процессов и (/) = А (1) соз сос(+ В (Г) гйп соа1, где А (/) = У„(() сов 6 (1); В(/) = У„(/) з(п 6(/)— нормальные шумы с той же дисперсией, что и и (/), а У (г) и 6 (Г) — медленно изменяющиеся случайные процессы. При опорном сигнале и„= Уен соз ш,/ выходное напряжение ФД иф — — к, !У,(Г) сов сов/+и (/)) У„соз со,/= = — к, У, (г) + — кэ А ( ) У, . 1 1 Здесь отброшены составляющие с частотами порядка 2оу„ что обусловлено наличием фильтра в ФД.
Благодаря синхронному детектированию квадратурная составляющая В (/) в выходном напряжении отсутствует, а отношение сигнал/шум на выходе сохраняется тем же, что и иа входе, поскольку дисперсии процессов А (г) и и (1) одинаковы. 322 Приведенные рассужде- г.// им нпя, разумеется, не учитывают дополнительной и ар фильтрации, осуществляе- и/в мой низкочастотным фильт- иа„„ ром ФД, т.
е. считается, ( и что полоса этого фильтра рис, а.эо. значительно шире полосы УПЧ (и шире, чем протяженность энергетического спектра процесса В (/)). Использование синхронного детектора с фазовой системой АСЧ иллюстрируется схемой рис. 6.30. В состав фазовой системы АСЧ входят фазовый детектор (ФД), фильтр низких частот (Ф), устройство управления частотой (управитель частоты У) и следящий генератор (Г). Здесь следящий генератор осуществляет слежение за частотой сигнала /, = ш,/2п, поступающего с выхода УПЧ приемника *. Если сос — величина постоянная (или медленно меняющаяся в сравнительно небольших пределах) и начальная частота генератора шм (при нулевом управляющем напряжении и,р) совпадает с частотой сигнала со, = ав„то между напряжениями сигнала и генератора устанавливается, как это будет показано ниже, разность фаз, близкая к Зп/2 + 2кп.
После поворота фазы на угол и/2 напряженне генератора в качестве опорного подается на синхронный детектор (СД), функции которого может выполнять второй фазовый детектор. На второй вход синхронного детектора поступает сигнал с выхода УПЧ. Не будем вначале учитывать шумы, тогда напряжение на выходе ФД можно записать так (6.5.15) иен —— к„соз ср. Здесь кн — коэффициент с размерностью напряжения, а ~р— разность фаз колебаний генератора и сигнала на выходе УПЧ. Коэффициент кн счремятся сделать постоянным, для чего в УПЧ применяют «жесткую» систему АРУ или до ФД устанавливают амплитудный ограничитель.
Заметим, что косинусоидальная зависимость в выражении (6.5.15) выбрана для определенности, причем существенных изменений этот выбор в окончательные выводы не вносит. * В дальнейшем удобно рассматривать круговые частоты. 11* 323 Для напряжения на выходе фильтра имеем иу = г" (О) иаю (6.5 16) где Е (О) — передаточная функция фильтра. Обычно используются низкочастотные фильтры с передаточными функциями вида (ТО + 1) ' или (тО + !) (ТО + 1) '. Иногда в состав фильтра включают интегратор.
Устройство управления частотой описывается выражением Лго„= оу, — ы„н = 2лк иу (6.5.!7) Здесь ку (В/Гц) — коэффициент, характеризующий связь между напряжением иу и отклонением частоты. Для разности фаз колебаний зайишем ф = ~ оу (/) б/ + ф = го/О. о Здесь Π— символ дифференцирования; ф, — начальная фаза; оу — разностиая частота, равная 'оу = гон — оуг = о1н (Лоун + гоно) = оуе 2лкуиу — 0>нн. (6.5.
19) Введем в рассмотрение отклонение частоты сигнала Лы, = оу, — гоно и начальное отклонение (расстройку) Лну, = гоно — ь„„. Тогда из (6.5.15) — (6.5.!9), находим основное уравнение системы + 2лкд ку г (О) соз ф = — Лнун + Лгос' оф Положим вначале, что Лоу, — постоянная величина, так что в системе имела место постоянная разность часгот Лоун = Лоус + Лгоо.
Тогда состояния равновесия в системе определяются равен- ствами: Е (О) = 1, соз ф = Лго„|Ла„, где Лну„= 2лк,ку — максимально возможное отклонение круговой частоты генератора, а 2Лго„ вЂ” полоса удержания системы. Рнс. б.зк Можно показать !199, 86), что устойчивым соответствуют те состояния равновесия, которые определяются равенством ф~н,= — ф„~2йл (й=О, 1, 2, ...), (6.5.21) где Знч -!. Лмн фн = агсса Змн (6.5.22! — главное значение обратной тригонометрической функции При Лмн = О и Лы. = О фу„= Зд/2 -+ 2йл, что соответствует сделанному выше утверждению.
Система мохгет быть линеаризована относительно состояний устойчивого равновесия. Для этого предположим, что частота сигнала изменилась относительно Лм, на боу„ так что напряжение на выходе ФД отклонилось от равновесного на малую величину бивд. Разлагая в ряд функцию (6.5.15) относительно состояния равновесия ф „и удерживая два члена разложения, получаем для бион бивд - — — кдкнбф, где к, = з!п ф, = 1' ! — Лго,~Лоу„— коэффициент, зависящий от отношения начальной расстрайки к половине паласы удержания.
Если бы зависимость ифд от ф описывалась пилообразной кривой, то к, = !. В результате линеаризации приходим к структурной динамической схеме линеаризованной системы, показанной на рис. 6.31. Здесь 6/„— отклонение частоты генератора от равновеснога, 6/н — отклонение частоты сигнала от Л/, = Лен/2л, бф — отклонение разности фаз от фу„.
С помощью этой структурной схемы можно изучить все динамические характеристики системы в линейном приближении. В частности, если 6/, — величина постоянная, то 6/ = О в установившемся режиме, а бф = сапа!. Таким образом, при постоянном отклонении частоты сигнала в установившемся режиме частота генератора устанав- 325 (6.5.24) (6.5.25) 1+%' 1+ В' 1 В' бгр =- б«р = — бф — — бгр 1+ Ж' 1+ З7 Здесь (У'= — клк,к Р(0)= тхк,Г(0) (6.5.26) — передаточная функция разомкнутой системы, 2Л/тх= = Лы„/л — полоса удержания системы; при этом 2Лыи = = 2л (2Л/тд) = 2п ° 2к„к . Первые слагаемые формул (6.5.24) и (6.5.25) характеризуют динамическую ошибку, вторые — ошибку, обусловленную действием помехи.
Для простейшего случая системы с однозвенным фильтром Е (О) = (Т0 + 1) '. Из приведенных соотношений непосредственно следует, что дисперсии ошибок воспроизведения частоты и фазы о/ и оч за счет влияния помех равны па а/ =, ЛР;„„ бпч/«Т (6 5 27) (6.5.28) Здесь ЛЕ,„, = к,/4 — эквивалентная энергетическая полоса системй, а к, = 2лк„к,к„= 2Лв /2 — добротность (коэффициент передачи) сйстемы.
Отсюда следует очевидный вывод: помехоустойчивость системы тем выше, чем уже полоса замкнутой системы. Анализ системы прн действии помех большого уровня намного сложнее. Основные результаты и методика исследования изложены в обстоятельной монографии (199), где приведена весьма большая библиография. Опишем в общих чертах результаты этого анализа для установившегося режима, 328 ливается равной частоте сигнала, т. е.
слежение осуществляется с точностью до фазы. Структурная схема позволяет также учесть действие шумов малого уровня, которые вызывают случайные колебания фазы бгр Действительно, из схемы рис. 6.31 для мгновенных значений ошибок воспроизведения по частоте и фазе можно записать: При действии шумовых помех большого уровня в системе наблюдаются резкие изменения разности фаз на угол 2кп (перескоки или переходы фаз).
Они обусловлены периодическим характером нелинейной зависимости (6.5.15) и наблюдаются тем чаще, чем выше отношение помеха/сигнал. До тех пор, пока отношение сигнал/помеха не меньше 6 дБ, с переходами фаз можно не считаться. Прн увеличении уровня шума вероятность переходов увеличивается, так что между частотой сигнала и средней частотой генератора имеет место расхождение, знак которого совпадает со знаком начальной расстройки Лы„. Наконец, при дальнейшем увеличении шума сннхронизм полностью нарушается — наблюдается срыв слежения. Результаты количественного анализа указанных явлений для систем с типовой структурой подытожены в работе (199!. Отметим, что наиболее важные результаты анализа нелинейных режимов фазовых систем АСЧ получены в работах советских исследователей (171 — 173, 199!. 3.
О применении следящего приема для повышения помехоустойчивости приема ЧМ сигналов Известно, что прн приеме ЧМ сигналов на фоне помех имеют место пороговые явления, когда, начиная с некоторого отношения сигнал/помеха, наблюдается резкое ухудшение условий приема ЧМ колебаний.
На выходе ЧМ приемника образуются большие шумовые выбросы и в дальнейшем быстро падает отношение сигнал/шум даже по сравнению с амплитудной модуляцией. Для синусондальной помехи пороговые явления наступают в области отношений амплитуд сигнала и помехи, близких к единице. Анализ пороговых явлений для шумовых помех достаточно сложен. Изучению этих явлений посвящена специальная литература, обзор которой можно найти в работах !32, 77, 141!. Характерные кривые, иллюстрирующие явление порога при действии шума, приведены на рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
